Characterizing spatiotemporal patterns of acute pain and its relief

국문 초록 (Abstract)

통증이 지닌 다차원적이고 시간적으로 지속되는 특성은 기존의 자극-고정(stimulus-locked) 신경영상 분석법에 내재된 시간적 제약을 극복할 수 있는 시스템 수준의 관점을 필수적으로 요구한다. 본 연구에서는 급성 통증의 발현부터 이후의 해소에 이르는 전체적인 시공간적 전개 과정을 면밀히 규명하고자, 자극 종료 후 60초의 확장된 시행 간 간격(inter-trial interval)을 포함한 실험 패러다임을 적용하였으며, 총 60명의 참가자로부터 획득한 fMRI 데이터에 그룹 독립 성분 분석(Group Independent Component Analysis, GICA)을 수행하였다.
분석 결과, 자극 전 예측(anticipation) 구간부터 확장된 자극 후(post-stimulus) 단계에 이르기까지 통증 강도를 지속적으로 인코딩하는 정서-인지 네트워크(IC-11 및 IC-12)가 확인되었다. 이는 기존의 일시적(transient) 모델에서는 포착하기 어려웠던 지속적인 통증 강도 모니터링 및 맥락적 평가 기전이 존재함을 시사한다. 특히, 시계열 기능적 연결성(time-resolved functional connectivity) 분석을 통해 회복으로의 전환 과정이 정서적 분리(emotional disengagement, IC-10) 및 자극 후 모니터링(post-stimulus monitoring, IC-20)과 관련된 네트워크의 능동적인 발현으로 특징지어짐을 확인하였다. 이는 '초기 자극 후 안도(Early Post-Stimulus Relief)' 단계에서 해당 성분들의 연결 강도 합(edge sum)이 유의미하게 증가한 것으로 입증되었다. 이러한 결과는 급성 통증과 그 완화가 자극에 대한 단순한 수동적 반응이 아니라, 다중 네트워크의 능동적 동원 및 재구성을 통해 매개되는 시공간적이고 통합적인(holistic) 과정임을 명확히 규명한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The multidimensional and time-extended nature of pain fundamentally requires a systems-level perspective that overcomes the temporal constraints inherent in conventional, stimulus-locked neuroimaging analyses. To fully characterize the holistic spatiotemporal evolution from acute pain onset to its subsequent resolution, we employed an experimental paradigm with an extended inter-trial interval (60 seconds after stimulus offset) and leveraged Group Independent Component Analysis (GICA) on fMRI data from 60 participants. Our analysis revealed affective-cognitive networks (IC-11 and IC-12) that encode pain intensity continuously from the pre-stimulus anticipation period into the extended post-stimulus phase, suggesting a mechanism for sustained intensity monitoring and contextual evaluation that is obscured by transient models. Crucially, time-resolved functional connectivity analysis demonstrated that the shift toward recovery is characterized by the active emergence of networks associated with emotional disengagement (IC-10) and post-stimulus monitoring (IC-20), as evidenced by a significant increase in the edge sum of these components during the Early Post-Stimulus Relief phase. This pattern clearly establishes that acute pain and its relief are not merely a passive response against stimulus, but a spatiotemporal, holistic process mediated by the active recruitment and reconfiguration of multiple networks.

목차 (Table of Contents)

• Chapter 1. Introduction 1
• Chapter 2. Results 3
• 1. Experimental design and ICA model selection 3
• 2. Spatial topography and functional decoding of ICs 7
• 3. Temporal dynamics and intensity encoding 12
• 4. Time-resolved Functional Connectivity across ICs 19
• Chapter 3. Discussion 25
• Chapter 4. Method 28
• References 35
• Appendix 43